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第三章 大地测量 控制网的建立 中国矿业大学环境与测绘学院中国矿业大学环境与测绘学院 应用大地测量学应用大地测量学 第三章 大地控制网的建立 大地测量的基本任务：建立大地测量控 制网，精确测定控制网点的坐标、高程 、重力值。 经典大地测量控制网： 平面控制网 高程控制网 重力网 现代：空间大地测量、GPS 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GPS定位技术建立工程控制网 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GPS定位技术建立工程控制网 3.1国家平面控制网与高程控制网的建立 应用大地测量学 3.1.1 3.1.1 国家大地控制网及其作用国家大地控制网及其作用 3.1.2 3.1.2 国家平面控制网国家平面控制网 3.1.3 3.1.3 国家高程控制网国家高程控制网 3.1 国家平面控制网与高程控制网的建立 应用大地测量学 3.1.1 3.1.1 国家大地控制网及其作用国家大地控制网及其作用 3.1.2 3.1.2 国家平面控制网国家平面控制网 3.1.3 3.1.3 国家高程控制网国家高程控制网 3.1.1 国家大地控制网及其作用 应用大地测量学 国家大地控制网：是具有统一坐标系统的高精 度测量控制网，它是地形测量、航空摄影测量和工 程测量中加密控制网的基础。 3.1.1 国家大地控制网及其作用 应用大地测量学 作用： 1、为地形测图提供精密控制 限制测图误差积累，保证成图精度。 统一坐标系统，保证相邻图幅拼接。 提供点位的平面坐标，保证平面测图。 2、为研究地球形状、大小和其他科学问题提供资料 旋转椭球的基本参数的确定。 地壳运动、大陆漂移、地极移动。 3、为国防建设和空间技术提供资料 远程武器、军事基地、机场 人造卫星、火箭 3.1 国家平面控制网与高程控制网的建立 应用大地测量学 3.1.1 3.1.1 国家大地控制网及其作用国家大地控制网及其作用 3.1.2 3.1.2 国家平面控制网国家平面控制网 3.1.3 3.1.3 国家高程控制网国家高程控制网 3.1.2 国家平面控制网 应用大地测量学 （一）平面控制网的测量方法 1、三角测量法 控制面积大、利于加密 只测角、作业方便 条件多，精度高 不灵活 工作量较大 应用大地测量学 （一）平面控制网的测量方法 2、精密导线测量 3.1.2 国家平面控制网 单线推进、操作灵活 边长精度均匀 观测、计算简便 精度较低 适合森林、高山 应用大地测量学 （一）平面控制网的测量方法 3、三边测量 3.1.2 国家平面控制网 2-3 3-4 2-4 3-5 4-5 测边网： （与测角网类 似） 应用大地测量学 （一）平面控制网的测量方法 4、边角同测法 3.1.2 国家平面控制网 边角全测网： 精度最高 边角同测网 精度高 工作量大 应用大地测量学 （二）国家平面控制网的布设原则 用三角测量法布设的国家平面大地控制网，叫国家三角网。 3.1.2 国家平面控制网 1、分级布网，逐级控制 理想情况：最大密度、最高精度布满全国。 各地区开发次序不同，对测图范围、比例尺、精度要求不同。 应用大地测量学 （二）国家平面控制网的布设原则 2、保持必要的精度 首级解析图根点对于起算三角点的点位中误差，在实地不得超过 0.1M（比例尺分母）。 相邻三角点的点位中误差，应小于图根点点位中误差的1/3。 测图比例尺1：50 0001：25 0001：10 0001：5 0001：2 000 图根点对三角点的 点位中误差 5.02.51.00.50.2 相邻三角点点位中 误差 1.70.830.330.170.07 表3-1 不同比例尺测图对相邻三角点相对点位精度的要求 m 3.1.2 国家平面控制网 应用大地测量学 （二）国家平面控制网的布设原则 3、应有一定的密度 衡量标准：平均若干平方千米一个点，或以平均边长表示。 表3-2 航测成图对三角点的密度要求 测图比例尺每幅图要 求点数 每个三角点控制面 积/km2 三角网平均边 长/km 等级 1/50 0003约15013二等 1/25 00023约508三等 1/10 0001约2026四等 3.1.2 国家平面控制网 应用大地测量学 （二）国家平面控制网的布设原则 4、应有统一的规格 1958年大地测量法式（草案） 1974年国家三角测量和精密导线测量规范 3.1.2 国家平面控制网 三角网的基本布设原则同样适用于 导线网和国家水准网! 应用大地测量学 （三）我国天文大地网布设概况 1、一等三角锁系示意图 它一般沿经纬线方向布设。锁系两个 相邻交叉处之间的三角锁称为锁段，图中 AB-CD，CD-GH，AB-EF，EF-GH等即为四个 锁段。锁段的长度一般在200km左右。由 互相连接的纵横锁段构成锁环。三角锁段 的平均边长为25km左右。由三角形闭合差 计算的测角中误差小于0.7。 3.1.2 国家平面控制网 国家一等三角锁系又称天文大地网。 应用大地测量学 （三）我国天文大地网布设概况 2、二等三角网 和一等三角锁同属国家高级控制网国家高级控制网。 二等补充网（1958年前） 二等全面网（1958年后） 3.1.2 国家平面控制网 平均边长13km，测角 中误差小于+1.0” 旧二网 新二网 应用大地测量学 （三）我国天文大地网布设概况 3、三四等三角网 插网示意图插点示意图 3.1.2 国家平面控制网 内切圆中心附 近精度最高 基础测绘控制网实例 应用大地测量学 （四）我国各级三角网的布设规格和精度 等级平均 边长 /km 测角中 误差/秒 三角形 最大闭 合差/秒 起始元素精度 最弱边边长 相对中误差 起始边长天文观测 一等锁20300.931/300 0001/100 000 二等基本锁181.551/200 000 1/70 000 二等补充网132.59 三等网85.0151/150 000 四等网4510） 表3-3 1958年以前我国国家三角网布设规格 3.1.2 国家平面控制网 应用大地测量学 （四）我国各级三角网的布设规格和精度 表3-4 1958年起我国国家三角网布设规格 m = 0.5 m = 0.3 m = 等级平均 边长/km 测角中误差/ 秒 三角形 最大 闭合差/秒 起算元素精度 最弱边边长 相对中误差 推算边长 天文观测 /秒 一等锁20250.72.51/350 0000.31/150 000 二等网131.03.51/350 000同一等1/150 000 三等网81.87.01/80 000 四等网262.59.01/40 000 3.1.2 国家平面控制网 应用大地测量学 （四）我国各级三角网的布设规格和精度 表3-5 我国各级三角网推算元素的实际精度 m = 0.5 m = 0.3 m = 等级 平均边长 /km 边长相对 中误差 边长绝对 中误差/m 方位角中误差 /秒 相对点位 中误差/m 一等锁251/164 0000.150.870.18 二等网131/164 0000.080.870.10 三等网7.51/70 0000.111.800.13 四等网41/51 0000.082.500.09 3.1.2 国家平面控制网 中国 天文 大地 网示 意图 表3-5 我国各级三角网推算元素的实际精度 m = 0.5 m = 0.3 m = 应用大地测量学 （五）国家三角测量实地选点、造标、埋石 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.1.2 国家平面控制网 实地选点：国家各级三角网设计完成后，到实地按照测量规范的要求进 行选定，最终确定三角点的适宜位置，这项工作叫实地选点。 觇标分类： 按结构分：寻常标、双锥标 按材料分：木质标、钢标 应用大地测量学 （五）国家三角测量实地选点、造标、埋石 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.1.2 国家平面控制网 应用大地测量学 （五）国家三角测量实地选点、造标、埋石 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.1.2 国家平面控制网 3.1 国家平面控制网与高程控制网的建立 应用大地测量学 3.1.1 3.1.1 国家大地控制网及其作用国家大地控制网及其作用 3.1.2 3.1.2 国家平面控制网国家平面控制网 3.1.3 3.1.3 国家高程控制网国家高程控制网 应用大地测量学 （一）国家高程控制网概述（一）国家高程控制网概述 1 1、任务、任务 （1）在全国范围内测定一系列统一而精确的地面点高程，为地形测 图和工程测量提供高程基础。 （2）为地壳垂直形变、平均海水面变化等科研提供资料。 2 2、布网原则、布网原则 采用几何水准测量方法，由高级到低级、整体到局部，分级布网 、逐级控制、依次加密。各级高程系统统一、精度一致、密度均匀。 国家水准测量分为一、二、三、四等。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.1.3 国家高程控制网 应用大地测量学 （二）（二）水准原点的建立水准原点的建立 1、1956黄海平均海水面 1950-1956共7年青岛验潮站观测 的平均海水面，作为高程基准面。 青岛水准原点的高程为72.298m 。 2、1985国家高程基准面 1952-1979年共27年平均海水面 。青岛水准原点高程为72.2604m。 可见比1956平均海水面高了0.0286m 。 3.1.3 国家高程控制网 应用大地测量学 （三）国家水准网的布设方案（三）国家水准网的布设方案 一等水准路线沿交通路线布成网环状，环线周长：平原丘陵 地区10001500km，山区2000km左右。 二等水准路线布设在一等水准环内，沿交通路线成环线，环 线周长：平原丘陵地区500750km，山区酌情放宽。 三等水准路线布设成附合路线，附合路线长：200km，环线 周长：300km。 四等水准路线布设成附合路线或环线。长度80km。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.1.3 国家高程控制网 m = 0.5 m = 0.3 m = 城市基础测绘高程控制网实例 应用大地测量学 （四）国家水准网点的精度（四）国家水准网点的精度 偶然中误差 ：是按测段往返测高差不符值计算的每公里高差中 数中误差， 计算公式为: 式中n为测段数；R为测段长度，以公里计。 全中误差 ：是按水准环线闭合差计算的每公里高差中数中误差， 计算公式为： 式中N为水准环个数，W为经过正常位水准面不平行改正后的环线闭合 差，F为环线周长，以公里计。按规范要求，当环线个数N超出20时才 计算此项精度指标。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.1.3 国家高程控制网 应用大地测量学 （四）水准测量的精度（四）水准测量的精度 等级一等二等三等四等 的限差0.51.03.05.0 的限差1.02.06.010.0 表3-6 国家水准网点基本精度 单位：mm 3.1.3 国家高程控制网 应用大地测量学 （五）我国高程控制测量的工作进展（五）我国高程控制测量的工作进展 1、5060年代，一等水准路线9.3万km，100多个环，普通水准标石 2万个，基岩水准标石109个，联测海岸线上42个永久性验潮站。二等 水准测量视线长度13.7万km，793个环，1138条水准路线。1976年起 重新设计，观测一等水准网，1985年完成平差计算。二十世纪90年代 ，结合GPS测量，布设观测GPS、水准网。 2、对青岛原点高程与平均海水面高差值问题进行研究，得出1956黄 海高程基准、1985国家高程基准。 3、完成海岛高程联测（如海南岛等）、珠峰海拔高程测定（ 8844.43m）。 3.1.3 国家高程控制网 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GPS定位技术建立工程控制网 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 3.2.1 3.2.1 国家国家GPS AGPS A、B B级网级网 3.2.2 3.2.2 全国全国GPS GPS 一、二级网一、二级网 3.2.3 3.2.3 攀登项目攀登项目GPSGPS网网 3.2.4 3.2.4 中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络 3.2.5 20003.2.5 2000国家国家GPSGPS网网 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 各自侧重点： 监测研究地壳形变与块体运动； 检核和加强各地区天文大地网，建立统一的高精度大 地基准； 建立地心参考系，精确确定参心坐标系与地心坐标系 之间的转换参数； 精化大地水准面。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 3.2.1 3.2.1 国家国家GPS AGPS A、B B级网级网 3.2.2 3.2.2 全国全国GPS GPS 一、二级网一、二级网 3.2.3 3.2.3 攀登项目攀登项目GPSGPS网网 3.2.4 3.2.4 中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络 3.2.4 20003.2.4 2000国家国家GPSGPS网网 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.2.1 国家GPS A、B级网 应用大地测量学 国家GPS A、B级网由国家测绘部门国家测绘部门设计实施，如下页图所示。A级 网由30个主点和22个副点组成，主点中有9个与攀登项目GPS网的点位重 合。为了将A级网纳入ITRF参考框架，选择国内外17个IGS跟踪站数据与 A级网数据联合处理。其基线分量重复性水平方向优于4mm+3-9垂 直方向优于8mm+ 410-9。 国家GPS B级网由818点组成，是在GPS A级网基础上布设的。GPS B 级网与地面网联系紧密，许多点与原三角点、天文点和水准点重合，新 埋设点仅89个。相邻点间距，沿海发达地区平均为5070km，东部地区 平均为100km，西部地区平均为150km。以A级网点为起算数据，在 ITRF93框架下进行整网约束平差。B级网平差结果表明，平均点位中误 差水平方向为13mm，垂直方向为26mm，基线相对精度达到 。 m = 0.5 m = 0.3 m = 国家GPS A、B级网点大部分点位高程都用水准进行联 测。A级点高于二等水准，B级用高于四等水准测量精度。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.2.1 国家GPS A、B级网 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 3.2.1 3.2.1 国家国家GPS AGPS A、B B级网级网 3.2.2 3.2.2 全国全国GPS GPS 一、二级网一、二级网 3.2.3 3.2.3 攀登项目攀登项目GPSGPS网网 3.2.4 3.2.4 中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络 3.2.4 20003.2.4 2000国家国家GPSGPS网网 m = 0.5 m = 0.3 m = 应用大地测量学 全国GPS 一、二级网由军事测绘部门建立。 一级网由40多个点组成，大部分点为国家天文大地网 点，同时与水准高程点进行了联测。相邻点间距离最大 1667km，最小86km，平均683km。据估计，平差后基线分 量相对误差平均在10-8左右。 二级网由500多个点组成，其中有200多个点与国家三 角点或导线点重合，所有的点都进行了水准联测，相邻点 间的距离平均为164.7km。据估计，平差后基线分量相对 误差优于210-7，各点坐标相对于ITRF的中误差，水平分 量优于20mm，垂直分量优于80mm。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.2.2 全国GPS 一、二级网 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 3.2.1 3.2.1 国家国家GPS AGPS A、B B级网级网 3.2.2 3.2.2 全国全国GPS GPS 一、二级网一、二级网 3.2.3 3.2.3 攀登项目攀登项目GPSGPS网网 3.2.4 3.2.4 中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络 3.2.4 20003.2.4 2000国家国家GPSGPS网网 3.2.3 攀登项目GPS网 应用大地测量学 攀登项目“现代地壳运动与地球动力学研究”设 计并实施的GPS监测网，其目的就是为监测我国现今 地壳运动。全国有关地质、天文和大地测量方面的 专家，精心讨论并制定了布设方案。网的平均边长 约为1000km，全国共布设22个测站，布设在我国大 陆主要构造块体上。 攀登项目GPS全网有三期复测，跨6个年度的数 据(其中10个站有四期复测，跨8年度数据)，采用 GAMIT软件进行处理，表明所获得测站位移速度精度 优于3mm/a。 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 3.2.1 3.2.1 国家国家GPS AGPS A、B B级网级网 3.2.2 3.2.2 全国全国GPS GPS 一、二级网一、二级网 3.2.3 3.2.3 攀登项目攀登项目GPSGPS网网 3.2.4 3.2.4 中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络 3.2.4 20003.2.4 2000国家国家GPSGPS网网 3.2.4 中国地壳运动观测网络 应用大地测量学 “中国地壳运动观测网络”（Crustal Movement Observation Network of China，CNONOC）是我国“九五”期 间实施的国家重大科学工程。该工程以监测地壳运动服务于地 震预测预报为主要目标，同时兼顾大地测量和国防建设的需要 。由中国地震局牵头、联合总参测绘局、中国科学院和国家测 绘局共同承担，于19972000年实施。 “中国地壳运动观测网 络”以GPS技术为主，以VLBI、SLR、精密重力和精密水准为辅 ，构成大范围、高精度、高时空分辨率的现今地壳运动观测网 络，其规模、布网密度和观测精度等方面都使我国地壳运动观 测和研究达到前所未有的新高度。网络工程由基准网、基本网 、区域网和数据传输与分析处理系统四大部分组成。 应用大地测量学 基准网基本网区域网 点数25561000 分布国内板块国内板块 地壳运动活跃 地区 观测连续观测定期复测不定期复测 水平精度2.51.8 垂直精度4.84.9 基线年变化率精 度 1.3 定轨精度500 表3-7 地壳运动观测网络基本情况 mm 3.2.4 中国地壳运动观测网络 3.2.4 中国地壳运动观测网络 3.2 国家GPS网简介 应用大地测量学 3.2.1 3.2.1 国家国家GPS AGPS A、B B级网级网 3.2.2 3.2.2 全国全国GPS GPS 一、二级网一、二级网 3.2.3 3.2.3 攀登项目攀登项目GPSGPS网网 3.2.4 3.2.4 中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络 3.2.4 20003.2.4 2000国家国家GPSGPS网网 3.2.4 2000国家GPS网 应用大地测量学 2000国家GPS网包括了国家GPS A、B级网 ，全国GPS一、二级网和中国地壳运动GPS监 测网络工程中的基准网、基本网和区域网。 2000国家GPS网共有28个GPS连续运行站， 2518个GPS网点。2004年完成了2000国家GPS 网的计算，其精度优于10-8，坐标系统定义在 ITRS2000（国际地球参考框架）地心坐标系 统中的区域性地心坐标框架（归算历元为 2000.0）。 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GPS定位技术建立工程控制网 第三节 国家重力网简介 应用大地测量学 3.3.1 3.3.1 重力基准和重力系统重力基准和重力系统 3.3.2 3.3.2 世界重力基准简介世界重力基准简介 3.3.3 3.3.3 我国重力基准简介我国重力基准简介 第三节 国家重力网简介 应用大地测量学 3.3.1 3.3.1 重力基准和重力系统重力基准和重力系统 3.3.2 3.3.2 世界重力基准简介世界重力基准简介 3.3.3 3.3.3 我国重力基准简介我国重力基准简介 3.3.1 重力基准和重力系统 应用大地测量学 在重力测量中，大量进行的是相对重力测量， 因此必须有属于一个统一系统的已知重力值的起始 点。 如果这些起始点的重力值是用绝对重力测量求 定的，这些点又称为重力基准点，其重力值就是重 力基准值，通常简称它们为重力基准。不同时期的 重力基准都有特定的名称，如维也纳重力基准，波 茨坦重力基准等。 3.3.1 重力基准和重力系统 应用大地测量学 根据某一重力基准来推算重力值的重力点，都 属于该重力基准的同一重力系统。 例如，根据波茨坦重力基准来推算重力值的重 力点，都属于波茨坦系统。就全球范围而言，又有 单点基准和多点基准之分。 第三节 国家重力网简介 应用大地测量学 3.3.1 3.3.1 重力基准和重力系统重力基准和重力系统 3.3.2 3.3.2 世界重力基准简介世界重力基准简介 3.3.3 3.3.3 我国重力基准简介我国重力基准简介 3.3.2 世界重力基准简介 应用大地测量学 （一）（一）维也纳维也纳重力基准重力基准 1900年在巴黎举行的国际大地测量协会会 议上，决定采用维也纳重力基准，即奥地利 维也纳天文台的重力值为基准，其值为： 此值是Oppolzer在1884年用绝对重力测量方 法测定的。 m = 0.5 m = 0.3 m = 应用大地测量学 （二）（二）波茨坦波茨坦重力基准重力基准 1909年在伦敦举行的国际大地测量协会会议上决定采 用波茨坦重力基准，即以德国波茨坦大地测量研究所摆仪 厅的重力值作为基准，代替过去的维也纳重力基准，其值 为： 此值是18981906年由Kuhnen和Furtwangler用可倒 摆测定的。1967年国际大地测量协会决定对波茨坦重力值 采用 的改正值。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.3.2 世界重力基准简介 应用大地测量学 （三）国际重力基准网1971（IGSN-71） 1971年在前苏联莫斯科举行的国际大地测量与地球物 理联合会（IUGG）第15届大会上通过决议，决定采用国际 重力基准网1971（IGSN-71），以代替波茨坦国际重力基 准。IGSN-71以多点基准结束了单点基准的时代。 IGSN-71包括1854个点，其中绝对重力测量的点只有8 个。相对重力测量包括了摆仪测量和重力仪测量，前者的 观测结果约1200个，后者的观测结果约23700个。IGSN-71 的精度为0.1l0-5m/s2。 m = 0.5 m = 0.3 m = 3.3.2 世界重力基准简介 应用大地测量学 （四）国际绝对重力（四）国际绝对重力基本网基本网（IAGBNIAGBN） 1982年提出了国际绝对重力基本点网（IAGBN） 的布设方案，IAGBN的主要任务是长期监测重力随时 间的变化，其次是作为重力测量的基准，以及为重 力仪标定提供条件。因此，这些点建立后按规则间 隔数年进行重复观测。 3.3.2 世界重力基准简介 第三节 国家重力网简介 应用大地测量学 3.3.1 3.3.1 重力基准和重力系统重力基准和重力系统 3.3.2 3.3.2 世界重力基准简介世界重力基准简介 3.3.3 3.3.3 我国重力基准简介我国重力基准简介 3.3.3 我国重力基准简介 应用大地测量学 （一）国家（一）国家5757重力重力基本网基本网 我国第一个国家重力控制网建于20世纪50年代 ，称为国家57重力基本网，该网由27个基本点和 82个一等点组成。57网没有绝对重力点，通过联 测前苏联重力网引入，属于波茨坦重力基准。 应用大地测量学 （二）国家（二）国家8585重力重力基准网基准网 到80年代初，我国又更新建立了国家85重力基准网， 相对于57网，该网重力精度提高了约2个数量级。现在提 供使用的国家85重力基准中的重力系统是由国家85重力基 本网中的绝对重力点所定义的，重力系统的实现则由该网 和一等重力网完成。国家85重力基准网由6个基准重力点 、46个基本重力点和5个引点组成，实际精度为2510 6 cm/s2。 3.3.3 我国重力基准简介 应用大地测量学 （三）（三）20002000国家重力国家重力基准网基准网 1999年开始筹建2000国家重力基准网。该网由22个基 准点和126个基本点组成，还包括若干重力基线和重力引 点，并改造国内现有的9条重力基线。该网的完成对我国 现有的重力基准精度和分辨率的提高起了重要作用。重力 基准点的重力观测精度优于5106cm/s2；重力基本点的 相对重力联测精度优于10106cm/s2 ；由于该网使用了 FG5绝对重力仪施测，并增多了绝对重力点的数量，2000 重力基准网的精度有所提高，平差后重力基本网的中误差 不大于10106cm/s2 。国家2000重力基准网，已替代遭 到严重损毁和精度略逊的国家85重力基准网。 3.3.3 我国重力基准简介 20002000国家重力基准网国家重力基准网 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GPS定位技术建立工程控制网 第四节 工程平面控制网的建立 应用大地测量学 3.4.1 3.4.1 工程控制网的分类工程控制网的分类 3.4.2 3.4.2 工程控制网的布设工程控制网的布设 3.4.3 3.4.3 工程控制网的技术设计工程控制网的技术设计（重点）（重点） 第四节 工程平面控制网的建立 应用大地测量学 3.4.1 3.4.1 工程控制网的分类工程控制网的分类 3.4.2 3.4.2 工程控制网的布设工程控制网的布设 3.4.3 3.4.3 工程控制网的技术设计工程控制网的技术设计（重点）（重点） 3.4.1 工程控制网的分类 应用大地测量学 （1）测图控制网 作用测绘大比例尺地形图、地籍测量、房产测量 等。 网形平面控制网有：三角网、导线网、边角网、 GPS网；高程控制网有：水准网、三角高程网。 3.4.1 工程控制网的分类 应用大地测量学 （2）施工控制网 作用工程施工放样。如巷道贯通施工测量（先测 后算）、放羊（先算后测）。 网形平面控制网有：三角网、导线网、边角网、 GPS网；高程控制网有：水准网、三角高程网。 3.4.1 工程控制网的分类 应用大地测量学 （3）变形监测网 作用建筑物沉降与变形监测。 网形平面控制网有：三角网、导线网、边角网、 GPS网；高程控制网有：水准网、三角高程网、GPS高程网 ；三维控制网：常规网、GPS网等。 第四节 工程平面控制网的建立 应用大地测量学 3.4.1 3.4.1 工程控制网的分类工程控制网的分类 3.4.2 3.4.2 工程控制网的布设工程控制网的布设 3.4.3 3.4.3 工程控制网的技术设计工程控制网的技术设计（重点）（重点） 3.4.2 工程控制网的布设 应用大地测量学 （一）布网原则与技术要求（一）布网原则与技术要求 布设原则： （1）分级布网，逐级控制。 工程建筑施工放样2级：首级控制网+施工放样专用控制网 变形监测不分级。 城市、工程GPS网：逐级、越级、同级全面网。 （2）要有足够的精度。 根据测图比例尺（图上0.1mm） （3）要有统一的规格。 （见下页） （4）要有足够的密度。 表3-8、表3-9、表3-10 3.4.2 工程控制网的布设 应用大地测量学 （一）布网原则与技术要求（一）布网原则与技术要求 （3）要有统一的规格： 城市测量规范和各种工程测量规范中三角网和GPS控 制网的等级依次划分为：二、三、四等和一、二级。电磁 波测距导线分为二、三、四等和一、二、三级。 工程控制网规范主要有：城市测量规范、工程 测量规范、精密工程测量规范、全球定位系统（ GPS）测量规范等。 3.4.2 工程控制网的布设 应用大地测量学 （一）布网原则与技术要求（一）布网原则与技术要求 等级 平均边长 /km 测角中误 差/秒 起始边边长 相对中误差 最弱边边长 相对中误差 二等91.01/300 0001/120 000 三等51.8 1/200 000（首级） 1/80 000 1/120 000（加密） 四等22.5 1/120 000（首级） 1/45 000 1/80 000（加密） 一级小三角15.01/40 0001/20 000 二级小三角0.510.01/20 0001/10 000 表3-8 城市三角网主要技术要求 （4）要有足够的密度。 应用大地测量学 （一）布网原则与技术要求（一）布网原则与技术要求 表3-9 电磁波测距导线的主要技术要求 等级 附合导线 长度/km 平均边长 /m 测距中误差 /mm 测角中误差 /秒 导线全长相 对闭合差 三等153 000181.51/60 000 四等101 600182.51/40 000 一级3.6300155.01/14 000 二级2.4200158.01/10 000 三级1.51201512.01/6 000 附合导线 闭合导线 3.4.2 工程控制网的布设 应用大地测量学 （一）布网原则与技术要求（一）布网原则与技术要求 表3-10 城市或工程GPS网主要技术要求 等级平均距离/kma/mmbD/mm最弱边相对中误差 二等91021/120 000 三等51051/80 000 四等210101/45 000 一级110101/20 000 二级115201/10 000 3.4.2 工程控制网的布设 城市或工程GPS网的相邻点边长精度公式： （3-4） 式中，为标准差，mm，a为固定误差，mm；b为比例误差 系数，10E6；D为相邻点间距离，km。 应用大地测量学 （二）布网方案 城市和工程测量平面控制网的布设方案有三 角网、三边网、边角网、导线网、GPS网等形式 。实际应用中，首级控制网以GPS网的布设为主 要形式，次级加密网有GPS网、导线网等多种形 式。 3.4.2 工程控制网的布设 布设工程控制网应尽量与国家控 制网联测! 应用大地测量学 （二）布网方案 工程平面控制网有以下的特点： 1、同相应等级的国家三角网比较，其平均边长显 著地缩短。 2、工程测量控制网的等级分类较多。 3、各等级控制网均可作为测区的首级控制网。 4、三、四等三角网的起算边，首级网和加密网分 别对待。 首级网：测距仪直接测（考虑测距仪标称精度）；加密网：考虑上一等 级最弱边精度是否满足次一等级的要求） 3.4.2 工程控制网的布设 应用大地测量学 3.4.1 3.4.1 工程控制网的分类工程控制网的分类 3.4.2 3.4.2 工程控制网的布设工程控制网的布设 3.4.3 3.4.3 工程控制网的技术设计工程控制网的技术设计（重点）（重点） 3.4.2 工程控制网的布设 3.4.3 工程控制网的技术设计 应用大地测量学 布设工程控制网时，要根据工程控制网的用途和要求用途和要求 进行控制网的技术设计。 为测绘大比例尺地形图：相邻控制点间的相对点位误 差小于3cm。 桥梁控制网：对于桥梁轴线方向的精度应高于其他方 向的精度，以利于提高桥墩放样精度。 隧道控制网：对垂直于直线隧道轴线方向的横向精度 要求应高于其他方向精度，以利于提高隧道贯通的精度。 讨讨 论：论： 1 1、一个控制网测量项目如何实施？、一个控制网测量项目如何实施？ 2 2、如何设计一个工程控制网？、如何设计一个工程控制网？ （设计工作包括哪些内容和步骤）（设计工作包括哪些内容和步骤） 3.4.3 工程控制网的技术设计 应用大地测量学 （一）工程控制网技术设计的一般步骤（一）工程控制网技术设计的一般步骤 1、收集资料(测区地形图、交通图、气象资料,已有测量 成果) 2、实地踏勘（测区调查、标石完好等情况） 3、图上设计(确定点位,连成网形,精度估算精度估算,制定计划) 4、写出控制网技术设计书（任务、概况、依据、起算数 据、设计点数、等级、网形、精度估算、仪器、观测计划 、数据处理方案、提供成果） 5、上交资料 （设计图纸、控制网技术设计说明书） 应用大地测量学 （二）工程控制网精度估算（二）工程控制网精度估算 无论是GPS网、导线网，在设计出具体的网形之后，都应进行点 位的精度估算。平面网要估算出设计网点的点位精度，还要进行边长 、方位角、相对点位的精度估算，尤其是最弱边边长、方位角和最弱 点点位的精度估算。 以导线为例，精度估算的方法： 1、列出观测方向（或角度）、观测边长的误差方程式（只计算系数 ），确定观测边、角的权； 2、组成法方程系数矩阵N；求出逆阵； 3、利用法方程系数矩阵逆阵中的Q元素和单位权观测中误差计算绝对 点位和相邻点位误差。公式(8-96)和(8-98)。 3.4.3 工程控制网的技术设计 按间接平差进行精度估算的原理 1、列出观测方向（或角度）、观测边长的误差方程式 （只计算系数），确定观测边、角的权； 2、组成法方程系数矩阵N；求出逆阵； 3、利用法方程系数矩阵逆阵中的Q元素和单位权观测中 误差计算绝对点位和相邻点位误差。 单一导线点精度估算 一级附合导线精度估算例 下图为按间接平差原理进行精度估算的直伸型一级附合导线 部分点的误差椭圆示意图。可以看出，不考虑已知点的误差 ，仅考虑观测误差，设计点的点位误差距已知点越远，其点 位误差越大，最弱点位于单一附合导线的中部。 实际应用中，导线点位误差 以及相邻点间的相对点位误差都 是需要估算的重要数据。 点位误差椭圆元素: E=26,F=24 E=22,F=13 E=14,F=6 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 B 相邻点相对误差椭圆元素：E=14，F=6；E=14，F=7。 单位：mm。等边直伸导线总长3.6km，平均边长300m。 一级附合导线部分点位误差椭圆示意图 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GPS定位技术建立工程控制网 3.5 工程高程控制网的建立 应用大地测量学 城市和工程测量中的高程控制网建立方法：城市和工程测量中的高程控制网建立方法： 水准测量（本节）水准测量（本节） 光电测距三角高程导线（第四章）光电测距三角高程导线（第四章） GPSGPS水准高程（第八章）水准高程（第八章） 3.5 工程高程控制网的建立 应用大地测量学 3.5.1 3.5.1 水准测量的技术要求水准测量的技术要求 3.5.2 3.5.2 水准高程控制网的布设水准高程控制网的布设 3.5.3 3.5.3 水准高程网精度估算水准高程网精度估算 3.5 工程高程控制网的建立 应用大地测量学 3.5.1 3.5.1 水准测量的技术要求水准测量的技术要求 3.5.2 3.5.2 水准高程控制网的布设水准高程控制网的布设 3.5.3 3.5.3 水准高程网精度估算水准高程网精度估算 3.5.1 水准测量的技术要求 应用大地测量学 等级每km 高差 全中 误差 /mm 附合 或闭 合路 线长 度/km 水 准 仪 型 号 水准 尺类 型 与已知 点联测 观测次 数 附合或 闭合路 线观测 次数 平地往 返较差 、附合 或环线 闭合差 /mm 山地往 返较差 、附合 或环线 闭合差 /mm 二等2DS1 因瓦往返测往返测 三等650DS1 DS3 因瓦 双面 往返测 往返测 往返测 往返测 四等1016DS3 双面往返测往测 水准测量的主要技术要求水准测量的主要技术要求 3.5 工程高程控制网的建立 应用大地测量学 3.5.1 3.5.1 水准测量的技术要求水准测量的技术要求 3.5.2 3.5.2 水准高程控制网的布设水准高程控制网的布设 3.5.3 3.5.3 水准高程网精度估算水准高程网精度估算 3.5.2 水准高程控制网的布设 应用大地测量学 城市和工程建设的水准测量的布设和施测，与国家 等级水准测量相似，其主要步骤一般是：水准网图上设 计、实地选点、标石埋设、外业观测、平差计算和成果 表的编制等内容。 水准高程网的布设应力求做到经济合理。因此，首 先要充分了解测区的有关情况，进行必要的实地踏勘， 搜集和分析已有的有关水准资料，包括各等级水准网图 、水准点之记、成果表和技术总结等，从而拟定出较为 合适的布设方案。 3.5.2 水准高程控制网的布设 应用大地测量学 图上设计应遵循几点：图上设计应遵循几点： （1 1）路线尽量沿）路线尽量沿坡度小坡度小的道路布设，减弱前后折光。的道路布设，减弱前后折光。 （2 2）如与高压线或地下电缆平行，则保持）如与高压线或地下电缆平行，则保持50m50m距离距离。 （3 3）布设首级高程控制网应考虑下一步）布设首级高程控制网应考虑下一步加密加密。 （4 4）尽量布设成）尽量布设成环形环形或或结点网结点网。 （5 5）应与国家水准点进行）应与国家水准点进行联测联测。 （6 6）充分利用测区）充分利用测区已有水准成果已有水准成果。 标石制作与埋设见教材：图3-20、图3-21、图3-22。 3.5 工程高程控制网的建立 应用大地测量学 3.5.1 3.5.1 水准测量的技术要求水准测量的技术要求 3.5.2 3.5.2 水准高程控制网的布设水准高程控制网的布设 3.5.3 3.5.3 水准高程网精度估算水准高程网精度估算 3.5.3 水准高程网精度估算 应用大地测量学 水准网设计方案是否可行？水准网设计方案是否可行？ 水准点的高程中误差是否达到设计目标水准点的高程中误差是否达到设计目标 ？ 水准网预期精度估算水准网预期精度估算 一般方法：一般方法：间接平差法；等权代替法间接平差法；等权代替法。 3.5.3 水准高程网精度估算 应用大地测量学 间接平差法：间接平差法： 以各水准高程点以各水准高程点高程高程为未知数为未知数 以各测段以各测段高差高差为观测值为观测值 以各测段以各测段路线长路线长确定观测值的确定观测值的权权列出各观测高差的误差方列出各观测高差的误差方 程式（法方程）程式（法方程） 计算方程式系数计算方程式系数 法方程系数阵法方程系数阵求逆求逆（各对应元素为各点高程的权倒数）（各对应元素为各点高程的权倒数） 计算各水准点高差计算各水准点高差中误差中误差 3.5.3 水准高程网精度估算 应用大地测量学 单一单一闭合闭合或或附合附合水准路线最弱点（位于附和路线中间）的水准路线最弱点（位于附和路线中间）的 高程中误差计算公式为：高程中误差计算公式为： 单一单一支支水准路线最弱点（终点）高程中误差计算公式：水准路线最弱点（终点）高程中误差计算公式： （ 隧道、巷道贯通）隧道、巷道贯通） （式中，（式中， M M W W、 M M 分别为相应等级每分别为相应等级每kmkm高差中数全中误差、偶然中误差，高差中数全中误差、偶然中误差，L L为水为水 准路线全长。准路线全长。 ） m = 0.5 m = 0.3 m = F A B 大比例尺测图水准网，最弱点高程中误差不超过大比例尺测图水准网，最弱点高程中误差不超过3cm3cm， 仅考虑测量误差则不超过仅考虑测量误差则不超过2cm2cm。 第三章 大地控制网的建立 第一节 国家平面控制网与高程控制网的建立（重点） 第二节 国家GPS网简介 第三节 国家重力网简介 第四节 工程平面控制网的建立（重点） 第五节 工程高程控制网的建立（重点） 第六节 用GP